Feasibility study of seawater pumped hydroelectric storage

There is a strong commercial and technical interest in electrical storage technologies with the recent advent of increased variable renewable energy generation. Pumped hydroelectric storage (PHS) is one of the most mature technologies and viable means to store large amount of electrical energy. However PHS requires very specific site conditions to make a project feasible, i.e. high head, favourable conditions, good geotechnical conditions and fresh water availability. These strict criteria led to a lack of available sites and an increase in the total investment cost required for developing a new plant. The use of seawater and thus the exploitation of the sea as one of the reservoir might open a wider range of possibilities for the exploitation of pumped hydroelectric storage. “Okinawa Yanburo Seawater Pumped Storage Power Station” is currently the only one PHS using seawater in operation worldwide. This thesis summarises the technical and economic fundamental aspects of integrated studies of seawater pumped hydroelectric storage (SPHS). Special issues regarding the use of seawater, such as the materials for the construction of the penstock, the construction of the reservoir, the choice of the hydrodynamic machines as well as the impact on the environment are presented thoroughly. Seawater pumped directly from the sea avoids the construction of one of the reservoir thus compensating the higher costs arising from the use of corrosion-resistant materials. An example design of a new SPHS is given and a financial evaluation is provided as well. According to the results obtained the implementation of the project demonstrates excellent technical and economic performance. SPHS proves to be one of the best solutions to store energy in electrical system of coastal areas or isolated islands where there is potential for renewable energy exploitation or significant production of electricity from not flexible generation such as nuclear power plants. The project aims at developing the use of seawater for pumped hydroelectric storage in the coastal area of China.

Con il recente aumento di produzione di energia elettrica da fonti di energia rinnovabili non programmabili, c'è un forte interesse tecnico e commerciale in sistemi di accumulo di energia elettrica. L’impianto idroelettrico di pompaggio (PHS) è una delle tecnologie più mature e un sistema efficace per accumulare grandi quantità di energia elettrica. Tuttavia i PHS richiedono condizioni molto specifiche perché il progetto sia fattibile, cioè differenza d’altezza sufficiente tra i due bacini, condizioni favorevoli del sito, buone caratteristiche geotecniche e disponibilità di acqua fresca. Questi criteri rigorosi hanno portato ad una mancanza di siti disponibili e un aumento del costo totale di investimento necessario per la costruzione di un nuovo impianto. L'uso di acqua marina e quindi lo sfruttamento del mare come uno dei bacini potrebbe aprire una più ampia gamma di possibilità per gli impianti idroelettrici di pompaggio. L’impianto di pompaggio ad acqua marina ”Okinawa Yanburo” è attualmente l'unico PHS in funzione in tutto il mondo che utilizza acqua di mare. Questa tesi riassume gli aspetti fondamentali, tecnici ed economici, di precedenti studi su impianti idroelettrici di pompaggio ad acqua marina (SPHS). In questo studio sono analizzati I problemi riguardanti l’utilizzo di acqua di mare, l’uso di materiali resistenti alla corrosione per la costruzione delle condotte, la costruzione del bacino e la scelta delle macchine nonché l'impatto di SPHS sull'ambiente. L'acqua pompata direttamente dal mare evita la costruzione di uno dei due bacini andando così a compensare i maggiori costi derivanti dall'impiego di materiali resistenti alla corrosione Un esempio di progettazione di un nuovo SPHS, un’analisi dei costi e una valutazione finanziaria sono forniti. Secondo i risultati ottenuti la realizzazione del progetto dimostra eccellenti prestazioni tecniche ed economiche. SPHS dimostra di essere una delle migliori soluzioni per accumulare energia elettrica di zone costiere o isole in cui vi sia possibilità di sfruttamento di energie rinnovabili o significativa produzione di energia elettrica da generazione non flessibile come quella nucleare. Il progetto si propone di analizzare l’utilizzo di acqua marina per gli impianti idroelettrici di pompaggio nella zona costiera della Cina.